專利名稱：耐高溫大功率晶閘管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，尤其是涉及一種耐高溫大功率晶閘管。
背景技術(shù)：
由于電力電子技術(shù)是應(yīng)用電力電子器件來實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的多種變換和控制，采用電力電子技術(shù)制造的電力電子裝置實(shí)現(xiàn)了用弱電控制強(qiáng)電的功能，具有節(jié)能、降耗、省材，提高用電質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。因此，電力電子技術(shù)被認(rèn)為是新興產(chǎn)業(yè)和改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，也是新一代的高新技術(shù)。電力電子器件是電力電子技術(shù)基礎(chǔ)和關(guān)鍵，每一個(gè)新型電力電子器件的產(chǎn)生都帶來了電力電子技術(shù)一次革命性的發(fā)展。同國外相比，目前我國電力電子器件的品種和質(zhì)量存在很大的差距，為適應(yīng)我國國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需要，必須加大力度支持新型電力電子器件的開發(fā)和生產(chǎn)，并盡快推向市場(chǎng)。電力電子器件在大功率狀態(tài)下工作，過程中產(chǎn)生大量的熱使器件的溫度升高，需要散熱裝置進(jìn)行散熱以維持器件在一定的溫度下正常工作，器件高溫性能決定器件能否正常工作的特性，行業(yè)中用最高結(jié)溫這個(gè)概念來描述，結(jié)溫就是器件可以正常工作的最高溫度。器件的結(jié)溫越高越能保證器件在越高的溫度下穩(wěn)定可靠工作。提高器件的結(jié)溫是由改進(jìn)器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝實(shí)施來實(shí)現(xiàn)的。我國的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定大功率晶閘管器件的結(jié)溫是125°C，器件的高溫測(cè)試條件是在 125°C條件下進(jìn)行的。這也是綜合考慮了我國的材料和工藝水平作出來的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但是隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，125°C已經(jīng)滿足不了需求，器件需要更好的耐高溫性能。中華人民共和國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局于2010年12月四日公開了申請(qǐng)公布號(hào)為 CN101931001A的專利文獻(xiàn)，名稱是一種非對(duì)稱快速晶閘管。它包括管殼和封裝在該管殼內(nèi)的PNPN四層三端結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片；半導(dǎo)體芯片的Pl陽極區(qū)的潔深是陰極端P2區(qū)結(jié)深的 20 70%，Pl陽極區(qū)中設(shè)有P+高濃度區(qū)。當(dāng)晶閘管陽、陰極間施加足夠大的正向電壓，基區(qū)中的載流子在電場(chǎng)作用下發(fā)生漂移，當(dāng)漂移電流達(dá)到一定的值，門極沒有施加電壓晶閘管也會(huì)導(dǎo)通。同樣，當(dāng)溫度升高，基區(qū)中的部分載流子得到能量到達(dá)導(dǎo)帶，在正向電場(chǎng)作用下發(fā)生漂移產(chǎn)生正向電流，使晶閘管導(dǎo)通，這兩種情況是非正常導(dǎo)通，應(yīng)該盡量避免。器件的結(jié)溫越高，越能在高溫條件下正常工作，不會(huì)發(fā)生誤導(dǎo)通。此方案的不足之處在于不能承受更高的溫度和更大的電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的結(jié)溫低的技術(shù)問題，提供一種結(jié)溫高、承受的電流密度大的耐高溫大功率晶閘管。本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的.一種耐高溫大功率晶閘管，包括管殼和封裝在管殼內(nèi)的PNPN四層三端結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片，半導(dǎo)體芯片包括依次疊加的陽極鉬片、Pl陽極發(fā)射區(qū)、Nl長基區(qū)、P2短基區(qū)、N2陰極發(fā)射區(qū)，Nl長基區(qū)厚度大于100 μ m,耐高溫大功率高晶閘管還包括一層P+高濃度區(qū)，P+高濃度區(qū)位于Pl陽極發(fā)射區(qū)和陽極鉬片之間，陽極鉬片通過P+高濃度區(qū)連接Pl陽極發(fā)射區(qū)。P2短基區(qū)為門極，N2陰極發(fā)射區(qū)為陰極。本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品具有較厚的基區(qū)，即加大基區(qū)寬度，從而減弱電場(chǎng)，達(dá)到減少漂移電流，避免陽極電流增大致使晶閘管誤開通的目的；但厚基區(qū)設(shè)計(jì)帶來兩個(gè)負(fù)面效應(yīng)需要解決一是器件的壓降增大，功率損耗增大，溫度會(huì)升高使其失效；二是增大基區(qū)勢(shì)必減薄Pl區(qū)，會(huì)對(duì)提高器件工作電壓不利。而高濃度P+區(qū)的加入利于基區(qū)少子注入，加強(qiáng)了電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，明顯降低壓降和功耗，同時(shí)可以有效阻止空間電荷區(qū)的擴(kuò)展，解決了壓降增大和降低工作電壓兩個(gè)問題。通過以上兩個(gè)技術(shù)工藝方面的應(yīng)用，可以較大幅度提高器件的結(jié)溫，提高器件的最高工作溫度，同時(shí)大幅度提高器件單位面積的電流
也/又。作為優(yōu)選，P+高濃度區(qū)表面濃度為2-3 Ω / 口。作為優(yōu)選，P+高濃度區(qū)厚度為3 8μπι。較薄的P+高濃度區(qū)使得本發(fā)明可以利用現(xiàn)有的硅單晶制造，降低成本。作為優(yōu)選，P+高濃度區(qū)雜質(zhì)為硼。利用硼作為擴(kuò)散雜質(zhì)技術(shù)成熟，利用現(xiàn)有設(shè)備就可以進(jìn)行生產(chǎn)。作為優(yōu)選，Pl陽極發(fā)射區(qū)厚度小于70 μ m。通過控制Pl陽極發(fā)射區(qū)的厚度控制了半導(dǎo)體芯片的厚度。本發(fā)明帶來的實(shí)質(zhì)性效果是，可以提高器件的工作溫度，降低對(duì)散熱條件的要求； 可以大幅度提高器件單位面積的電流密度，相同面積的器件可以通過更大的電流，一定電流的器件可以做成尺寸更小，更緊湊。


圖1是本發(fā)明的一種半導(dǎo)體芯片結(jié)構(gòu)示意圖中1、陽極鉬片，2、P+高濃度區(qū)，3、Pl陽極發(fā)射區(qū)，4、Nl長基區(qū)，5、P2短基區(qū)，6、 N2陰極發(fā)射區(qū)。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。實(shí)施例本實(shí)施例的一種耐高溫晶閘管，包括管殼和封裝在管殼內(nèi)的PNPN四層三端結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片，半導(dǎo)體芯片結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括依次疊加的陽極鉬片ι、ρ+高濃度區(qū)2、P1陽極發(fā)射區(qū)3、m長基區(qū)4、P2短基區(qū)5、N2陰極發(fā)射區(qū)6。P2短基區(qū)5為門極，N2 陰極發(fā)射區(qū)6為陰極。P+高濃度區(qū)2表面濃度為2-3 Ω / □，厚度為3 8 μ m，雜質(zhì)為硼。 Nl長基區(qū)4厚度為120 140 μ m, Pl陽極發(fā)射區(qū)3厚度為60 70 μ m。較寬的基區(qū)設(shè)計(jì)可以減弱電場(chǎng)，減小漂移電流，避免陽極電流增大導(dǎo)致晶閘管誤開通，同時(shí)P+高濃度區(qū)2利于基區(qū)少子注入，加強(qiáng)了電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，降低了壓降和功耗。本實(shí)施例的結(jié)溫為175攝氏度，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有器件的125攝氏度的結(jié)溫，方塊電阻為2-3 Ω / □，通態(tài)壓降為小于1. 2V，低于現(xiàn)有器件的1. 8 2. 22V。本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
盡管本文較多地使用了陽極發(fā)射區(qū)、雜質(zhì)等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。
權(quán)利要求
1.一種耐高溫大功率晶閘管，包括管殼和封裝在管殼內(nèi)的PNPN四層三端結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片，所述半導(dǎo)體芯片包括依次疊加的陽極鉬片、Pi陽極發(fā)射區(qū)、m長基區(qū)、P2短基區(qū)、 N2陰極發(fā)射區(qū)，其特征在于，所述m長基區(qū)厚度大于100 μ m，所述耐高溫大功率高晶閘管還包括一層P+高濃度區(qū)，所述P+高濃度區(qū)位于所述Pi陽極發(fā)射區(qū)和所述陽極鉬片之間， 所述陽極鉬片通過所述P+高濃度區(qū)連接所述Pi陽極發(fā)射區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫大功率晶閘管，其特征在于，所述P+高濃度區(qū)表面濃度為 2-3 Ω / 口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐高溫大功率晶閘管芯片，其特征在于，所述P+高濃度區(qū)厚度為3 8μπι。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐高溫大功率晶閘管芯片，其特征在于，所述P+高濃度區(qū)雜質(zhì)為硼。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐高溫大功率晶閘管芯片，其特征在于，所述P+高濃度區(qū)雜質(zhì)為硼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫大功率晶閘管芯片，其特征在于，所述Pl陽極發(fā)射區(qū)厚度小于70 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種耐高溫大功率晶閘管，旨在提供一種結(jié)溫高、承受的電流密度大的耐高溫大功率晶閘管。它包括管殼和封裝在管殼內(nèi)的PNPN四層三端結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片，半導(dǎo)體芯片包括依次疊加的陽極鉬片、P+高濃度區(qū)、P1陽極發(fā)射區(qū)、N1長基區(qū)、P2短基區(qū)、N2陰極發(fā)射區(qū)，N1長基區(qū)厚度大于100μm。本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品具有較厚的基區(qū)，從而減弱電場(chǎng)，達(dá)到減少漂移電流，避免陽極電流增大致使晶閘管誤開通的目的；而高濃度P+區(qū)的加入利于基區(qū)少子注入，加強(qiáng)了電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，明顯降低壓降和功耗，同時(shí)可以有效阻止空間電荷區(qū)的擴(kuò)展，解決了壓降增大和降低工作電壓兩個(gè)問題，提高器件的結(jié)溫和單位面積的電流密度。
文檔編號(hào)H01L29/10GK102184951SQ20111007007
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者徐偉, 李曉明, 李有康, 項(xiàng)衛(wèi)光 申請(qǐng)人:浙江正邦電力電子有限公司